I mineralogiklassen ble jeg lært at metalliske og ioniske bindinger er svakere enn kovalente bindinger, og det er derfor kvarts og diamant har så høy hardhetsverdi. Imidlertid lærte jeg i organisk kjemiklasse at kovalente bindinger er svakere enn metalliske og ioniske bindinger, og dermed har organiske stoffer et mye lavere smeltepunkt enn metaller og ioniske forbindelser.
Hva får jeg feil? Er ioniske og metalliske bindinger svakere enn kovalente bindinger eller ikke?
Kommentarer
- Du ‘ er i utgangspunktet sammenligne en intermolekylær kraft med en intramolekylær kraft.
- Problemet med denne » styrke » er ikke godt definert, og lærerne dine bruker det i annen forstand. Når obligasjonsdissosieringsenergier sammenlignes, kan ionebindinger være ganske sterke, til0: opentextbc.ca/chemistry/chapter/…
- Det er en ekstra forvirring her da forbindelser bestående av kovalente molekyler ikke ‘ t lager krystaller basert på paktbinding: krystallene er dannet av svakere spredningskrefter (van der Waals-krefter ) mellom de diskrete molekylene. Dette er definitivt svakere enn ionebindinger eller kovalente bindinger i faste faste nettverk som diamanter der hvert atom har en kovalent binding til andre atomer.
Svar
Kvarts og diamant er sterkere stoffer fordi molekylene deres danner kovalente strukturer i nettverket. Disse strukturene danner en gitterlignende struktur, omtrent det samme som ioniske forbindelser.
Dette molekylære nettverket er også grunnen til at diamant og kvarts danner en krystallinsk struktur, akkurat som du ser i ioniske stoffer som f.eks. Noen andre strukturer du kanskje vil se på er grafitt og grafen, som begge er allotropes av karbon (allotropes er, enkelt sagt, forskjellige molekylære ordninger av et element).
Nettverksstrukturen kombineres for å lage stoffet sterkere enn normale kovalente bindende stoffer.
Så for å svare på spørsmålet ditt, synes stoffer med standard kovalente bindinger å være svakere enn de med ionebindinger fordi ionbindingene har en tendens til å danne en gitterstruktur som gjør dem mye sterkere. Du kan se dette ved at kokepunktene til ioniske salter er mye høyere enn for et kovalent stoff som vann. Når kovalente bindinger danner kovalente strukturer i nettverket, kombineres atomer til å danne et enestående makromolekyl som er mye sterkere enn entall kovalente bindinger.
Kommentarer
- Forklaringen din synes ikke ‘ t å forklare hva du sier. Du forklarer ved hjelp av det faktum at ioniske forbindelser danner gitterstrukturer i fast tilstand, men du skriver da at kokepunktene til ioniske salter er høyere. I flytende tilstand har ioniske bindinger allerede blitt brutt. Så når du nevner kokepunktet for ioniske salter, er det ingen sammenheng med styrken til den ioniske bindingen.
- @TanYongBoon, jeg brukte kokepunkter fordi jeg følte at de er mest sammenlignbare med den virkelige energien som kreves for bryte de individuelle ionebindingene (i det minste mot smeltepunkter). Vi har en tendens til å måle styrken av ioniske interaksjoner med gitterenergi, som er definert som energien som kreves per mol ionisk substans for å omdanne det faste stoffet til bestanddelene gassioner. Dette tallet utgjør imidlertid både sublimeringsenergi OG individuell bindings entalpi. Ved å bruke kokepunkter, kan vi i det minste unngå å sammenligne smeltende entalpier og mer direkte sammenligne bindingsenthalpier.
- @TanYongBoon selvfølgelig kompliserer gitterkarakteren til ioniske forbindelser imidlertid sammenligningen.
Svar
Det du lærte i mineralogiklassen din var riktig; bindingsstyrke reduseres i følgende rekkefølge kovalent> ionisk> metallisk. Begrunnelsen for dette er som følger. I kovalente bindinger som de i metan og oksygen, deles valenselektronene mellom atomene som er involvert i bindingen, og de (elektronene) tilbringer mesteparten av tiden i regionen mellom kjernene som er involvert i bindingen; dette gir et sterkt bånd. I ioniske materialer som natriumklorid doneres elektronene fra det ene (det elektropositive) atomet til det andre (det elektronegative) atomet for at atomene skal oppnå en fylt skallstruktur. De ioniske atomer tiltrekkes av hverandre gjennom elektrostatisk tiltrekning og krystallgitterene som dannes. Bindingene dannet gjennom elektrostatisk tiltrekning er ikke like sterke som de som dannes ved kovalent deling av elektroner. Til slutt doneres eller «samles» de ytre elektronene i metaller i båndstrukturen som finnes i metaller.Elektronene har fri til å reise store avstander (derav ledningsevnen til metaller) og tjene som et lim for å holde alle de positivt ladede metallkjernene sammen. Så når det gjelder metaller, er det ingen signifikante metall-metallbindinger, og disse bindingene er derfor de svakeste.
Kommentarer
- Som diskutert i et annet spørsmål , er jeg respektfullt uenig i at ioniske bindinger er ikke like sterke som kovalente.
- I det ovennevnte spørsmålet bemerker du at den største kovalente bindingsstyrken er 945 kJ / mol i $ \ ce {N2} $. Mens den ioniske bindingsstyrken i $ \ ce {LiF} $, som skal representere en av de sterkere ionebindingene ( se her ) er bare 577 kJ / mol. Så i det minste når man sammenligner sterkere kovalente og ioniske bindinger, er kovalente bindinger sterkere. Kanskje du også kunne gi BDE-data for mer gjennomsnittlige kovalente og ioniske bindinger, og vi kan se hvilke som er sterkere i det området.
- Jeg inkluderte også noen kommentarer til andre kovalente bindinger. Men jeg tror dette er en tull ‘ s ærend. Den store innsikten med Pauling var at ethvert bånd med forskjellige atomer vil ha minst noen ioniske / elektrostatiske komponenter. En artikkel jeg refererte til i svaret mitt antyder at mange bindinger er sterkt kovalente og sterkt ioniske.
Svar
Det avhenger, for for kovalent er det to typer bindinger, nettverk eller molekylær, eller som jeg også har hørt det kalles, polær kovalent og upolær kovalent. Men nettverk kovalent består av et stort nettverk blant atomene, og hver og en er koblet sammen, og de består hovedsakelig av ett element.
Ta en diamant for eksempel, den består bare av karbon, men siden atomene er koblet til hverandre og ikke har binding mellom molekyler, som noe som salt, som er en ionebinding, er det er vanskeligere å bryte. Imidlertid, hvis det var en molekylær kovalent binding, så er hele historien annerledes, fordi de har en tendens til å være veldig svake bindinger og lett brytes som sukker eller på annen måte kjent som glukose, sakkarose betyr ikke noe, det er fortsatt en kovalent molekylær binding fordi de har molekyler mens som en diamant teknisk sett er et stort molekyl.
Men siden sukker har flere ganger, er båndet mellom hverandre molekylet svakere enn bindingen mellom elementene selv, så er det veldig svakt.
Svar
Dette viser seg å være et tullspørsmål. Kjemiske bindinger kjører hele spekteret fra veldig sterk til veldig svak som det fremgår av mengden energi som kreves for å bryte dem. Å prøve å si at bindinger som er enten ioniske eller kovalente er sterkere er en stor feil, og begynner med det faktum at «ionisk» og «kovalent» bare er de hypotetiske ytterpunktene i bindingskontinuumet og kan være betraktet som «ideelle» obligasjoner. Ekte obligasjoner ligger langs kontinuumet og har karakteristikk s av begge de ideelle obligasjonstypene. Derfor har ditt opprinnelige spørsmål ingen plass i studiet av kjemi.
Kommentarer
- Det er en tilbakevendende sak på grunn av at grunnkurs ( og lærerne av det) later som om de bare bestiller obligasjoner når det gjelder deres styrke. Legg til dette det faktum at ionebindinger mister styrken i vann (et arbeidshestetall for de fleste om ikke alle kjemikere), og så løper du inn i det faktum at selv her hevder mange at en kovalent binding i seg selv er sterkere enn en ionisk.
Svar
Ikke forveksle styrken til binder seg med styrken til kreftene som holder krystallinske faste stoffer sammen
Det er en grunn til at leksjonene du lærte fra kjemi er forskjellige fra leksjonene i mineralogi : de snakker ikke om de samme tingene.
Problemet er at mineralogi bindinger de snakker om er bindinger som holder krystaller sammen, men i kjemi er det ofte snakket om bindinger som holder molekyler sammen ikke krystallene laget av molekylene.
Dette skillet er viktig. De aller fleste krystaller i kjemi består av diskrete molekyler holdt sammen b y svakere intermolekylære krefter (noen ganger kalt van Der Waals obligasjoner). Disse er ganske svake sammenlignet med kovalente bindinger og resulterer i krystaller som er svake og har lave smeltepunkter. Så en kjemiker kan se på forbindelser der bindingen i molekylene er kovalent og gjøre generaliseringen om at de vanligvis danner krystaller mye svakere enn metaller eller ioniske forbindelser. Men det er fordi bindingene som lager krystallene ikke er kovalente.
En mineralog vil for det meste se på forbindelser som ikke er laget av diskrete molekyler, men er laget av ioniske gitter eller kovalente nettverk (eller begge deler).Det er ingen molekyler av diamant, krystallet er et fast nettverk som holdes sammen av en (nesten) uendelig rekke med C-C kovalente bindinger, da silika holdes sammen av et uendelig utvalg av O-Si-O bindinger. Andre mineraler er en blanding av de to med mange silikater som inneholder for eksempel ark med O-Si-O-strukturer med en rekke ioner i mellom. Så for en mineralog ser kovalente bindinger sterke ut sammenlignet med andre typer bindinger. Joniske bindinger er sterke, men ikke like sterke som rent kovalente nettverksfaststoffer.
Og problemet er ytterligere komplisert av definisjoner av styrke som er for smale. Er metaller sterkere eller svakere enn diamantlignende strukturer? Det kommer an på hva du mener med styrke. Diamant er hardere enn noe metall, men det er også mer sprøtt. Hvis motstandsdyktigheten mot å bli truffet med en skarp gjenstand er viktig, velger du en duktil metallgjenstand over en diamant hver dag. Dette skjer fordi krystallstrukturen i noen metaller kan absorbere energi ved å omorganisere krystalldefekter i stedet for å knuse bindinger (stort sett det eneste alternativet i silika eller diamant). Så på en måte er metaller sterkere enn kovalente faste stoffer.
Den samlede leksjonen er å være forsiktig med definisjoner. Det er ingen god generalisering av krystallstyrke basert på bindingstyper. Vær forsiktig om du snakker om bindinger i krystallkomponentene (molekyler) eller bindinger som holder komponentene sammen (mange «kovalente» forbindelser består av krystaller hvor molekyler holdes sammen av mye svakere krefter). Ikke glem at mange mineraler har både ionisk og kovalent binding. Og vær spesifikk om hva du mener med «styrke» (f.eks. Sele er motstandsdyktighet mot påvirkning er ikke det samme).
Svar
Joniske og metalliske bindinger er svakere enn kovalente bindinger. Dette er riktig, det er derfor kovalent krystall er mye vanskeligere enn ionisk og metallisk krystall / polykrystall.
Den andre påstanden er feil fordi smeltepunktet for det første ikke er proporsjonalt med styrken til kjemisk binding. Det er flere faktorer som molekylers fleksibilitet. Kokepunktet er mer proporsjonalt i stedet.
Viktigere, interpartikkelkrefter som skal sammenlignes mellom den organiske forbindelsen vs ionisk vs metallisk forbindelse er IKKE blant kovalent binding vs ionebinding vs metallbinding. Det er blant intermolekylær kraft (dipol-dipol, H-binding, Van der waals) vs ionbinding vs metallbinding. Og den første er sikkert svakere enn den andre og den tredje. Så kokepunktet til organiske forbindelser er mye lavere.
Svar
Jeg er ikke sikker på hva som er enighet som er kommet av kjemikere over hele verden, men jeg vil bare tilby mine to cent «verdt i saken. Dette spørsmålet har alltid vært et spørsmål som lærerne mine alltid vil takle når de underviser i kjemisk binding og svaret har alltid vært det samme:
Det er ikke rettferdig å gjøre en sammenligning siden disse obligasjonene til slutt er veldig variable når det gjelder styrke.
Jeg er enig i det, men tillater meg å gi mitt perspektiv til dette problemet.
Styrken til kovalente bindinger i enkle molekylære stoffer (så vel som i gigantiske nettverksstrukturer) kan Dermed er bindingsenergiene til de fleste kovalente bindinger kjent og de kan lett brukes for slike sammenligninger av bindingsenergi. Styrken til ioniske bindinger og metallbindinger er imidlertid ingen t så tydelig.
Per definisjon er den ioniske bindingen den elektrostatiske tiltrekningskraften mellom positivt og negativt ladede ioner i et ionisk gitter, mens metallbindingen er den elektrostatiske tiltrekningskraften mellom de positivt ladede metallionene og de omkringliggende elektronene.
I et ionisk gitter er det så mange ioner som interagerer elektrostatisk med hverandre. Hvordan kan da styrken av den ioniske bindingen bestemmes? Ideen om gitterenergi kan brukes, men sammenligninger som gjøres ved hjelp av gitterenergi, vil bare ha noen mening når vi sammenligner mellom ionisk gitter. Det kan ikke brukes til å sammenligne med kovalente bindinger!
Tenk på bindingsdissosiasjonsenergien på $ \ ce {H-H} $ og gitterenergien til natriumklorid. BDE på $ \ ce {H-H} $ er $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $ mens gitterenergien på $ \ ce {NaCl} $ er $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Begge er i form av «per mol av noe». Men at «noe» er forskjellig i hvert tilfelle. Når det gjelder hydrogen, vil det «noe» være $ \ ce {HH} $ obligasjonen, men når det gjelder den ioniske forbindelsen $ \ ce {NaCl} $, er «noe» $ \ ce {NaCl} $ formelenhet. Og det er ikke det samme som «per mol ioniske bindinger mellom $ \ ce {Na ^ +} $ og $ \ ce {Cl ^ -} $».Den ioniske bindingsstyrken bestemmes ikke så lett fordi hvert ion er i et elektrostatisk miljø som er påvirket av alle de andre ionene rundt det. Den samme ideen kan brukes på metallbindinger.
I utgangspunktet er min oppfatning at det ikke er grunnlag for en rettferdig sammenligning mellom metalliske, ioniske og kovalente bindinger når det gjelder deres bindingsstyrker.